夏季施工高性能混凝土裂紋分析與控制

■何 俊 ■重慶市建筑科學(xué)研究院，重慶市 400020

根據(jù)鐵道部科技基［2005］101號(hào)文發(fā)布的《客運(yùn)專(zhuān)線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》和《鐵路混凝土耐久性設(shè)計(jì)暫規(guī)》要求，客運(yùn)專(zhuān)線橋梁設(shè)計(jì)使用年限100年，而夏季施工當(dāng)中，如何保證高性能混凝土的施工質(zhì)量，本文針對(duì)高性能混凝土的特點(diǎn)和夏季施工中容易產(chǎn)生的不良后果進(jìn)行分析，并做出相應(yīng)的施工措施。

1 高性能混凝土的概念

我國(guó)把高性能混凝土定義為:高性能混凝土是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對(duì)不同用途的要求，對(duì)特殊性能有重點(diǎn)的加以保證。

2 夏季高性能混凝土施工中存在的問(wèn)題分析及處理措施

2.1 水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力和變形

水泥在水化過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量。當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面溫差過(guò)大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形。當(dāng)這種應(yīng)力超過(guò)混凝土內(nèi)外的約束力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。當(dāng)混凝土越厚，水泥的用量越大，內(nèi)部溫度就越高，因而引起裂縫的可能性也愈大。下面從幾個(gè)方面講夏季高性能混凝土的溫度控制。

(1)混凝土的出機(jī)溫度。夏季施工混凝土拌合時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，采用對(duì)水降溫措施保證混凝土出機(jī)溫度，同時(shí)應(yīng)該對(duì)砂石材料必須采取遮陽(yáng)棚，避免太陽(yáng)的照射，防止砂石材料的溫度過(guò)高，水泥要有充分的降溫時(shí)間，另外，水的比熱較大，采用低溫的水，混凝土的出機(jī)溫度容易控制在30℃以下，當(dāng)混凝土溫度超過(guò)30℃是應(yīng)該采用加冰等方式降低水溫，保證混凝土的出機(jī)溫度。

(2)混凝土的入模溫度。運(yùn)輸過(guò)程及澆注過(guò)程對(duì)混凝土的物理升溫影響并不大，主要控制的還是混凝土的出機(jī)溫度，但也要注意運(yùn)輸和澆注時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)混凝土的水化熱會(huì)直接影響混凝土的溫度。

(3)混凝土水化熱。混凝土的水化與溫度及時(shí)間有很大關(guān)系，溫度越高混凝土的水化越快，水泥在水化過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量，使混凝土內(nèi)部的溫度升高，在1－3d放出的熱量占總熱量的一半。夏季施工中混凝土內(nèi)部的最高溫度多數(shù)發(fā)生在澆筑后的2－3d。混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土的厚度及水泥的用量有關(guān)，混凝土越厚，入模溫度越高，水泥的用量越大，內(nèi)部溫度就越高。所以摻用大量的粉煤灰來(lái)降低水泥用量，并采用緩凝型減水劑及降低入模溫度使水泥水化變緩，可以有效的控制混凝土溫度峰值。

(4)混凝土的降溫。混凝土在夏季施工中由于芯部溫度過(guò)高，容易產(chǎn)生混凝土芯部、表層、環(huán)境的溫差過(guò)大，內(nèi)部與表面溫差過(guò)大時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形。溫度應(yīng)力與溫差成正比。當(dāng)這種應(yīng)力超過(guò)混凝土內(nèi)外的約束力時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。可采用在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管來(lái)降低混凝土芯部溫度來(lái)降低混凝土在水化過(guò)程中的溫度峰值。

冷卻水管的采用是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況設(shè)置內(nèi)循環(huán)水管，一般采用水平及垂直1m左右的網(wǎng)狀設(shè)置。循環(huán)水的流量要根據(jù)埋設(shè)的測(cè)溫元件監(jiān)測(cè)到混凝土的溫度來(lái)定，保持混凝土的芯部溫度不超過(guò)65℃，芯部、表層、環(huán)境溫度不超過(guò)20℃。

2.2 內(nèi)外約束條件的影響

大體積混凝土因溫度變化而產(chǎn)生變形也要受到不同程度的約束，限制其變形，因而產(chǎn)生了約束應(yīng)力。當(dāng)混凝土表面溫度下降時(shí)，混凝土內(nèi)部由于水泥的水化熱形成中心溫度高，熱膨脹大，因而在中心產(chǎn)生壓應(yīng)力，在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，若拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉值和鋼筋的約束

作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂縫。

2.3 外界氣溫變化的影響

大體積混凝土在施工階段，常受外界氣溫變化的影響。混凝土內(nèi)部溫度是由水泥水化熱的絕熱溫度、澆筑溫度和混凝土的散熱溫度三者的疊加。一般而言，外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也愈高。當(dāng)氣溫下降，特別是氣溫驟降，會(huì)大大增加外層混凝土與混凝土內(nèi)部的溫度梯度，因而會(huì)造成溫差和溫度應(yīng)力，使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。除了使用冷卻水管降低混凝土芯部溫度以外，還應(yīng)避免用溫度過(guò)低的水直接澆淋混凝土養(yǎng)護(hù)，使混凝土表面溫度驟然下降，形成混凝土表面和芯部溫差過(guò)大，使混凝土產(chǎn)生裂縫。

2.4 混凝土的收縮變形

塑性收縮裂縫發(fā)生在混凝土硬化之前，混凝土仍處于塑性狀態(tài)。它的產(chǎn)生主要是上部混凝土的均勻沉降受到限制，如遇有鋼筋或大的混凝土骨料，或者平面面積較大的混凝土，其水平方向的減縮比垂直方向更難時(shí)，這樣就會(huì)形成不規(guī)則的深裂縫。這種裂縫通常是互相平行的，并且有相當(dāng)?shù)纳疃取＿@種裂縫不僅發(fā)生在大體積混凝土之中，而且平面尺寸較大、厚度較薄的結(jié)構(gòu)構(gòu)件也會(huì)出現(xiàn)這種裂縫。防止出現(xiàn)這種裂縫的最好辦法是，連續(xù)澆筑與修整抹面，并立即養(yǎng)護(hù)，保護(hù)混凝土防止風(fēng)吹日曬。

2.5 混凝土的體積變形

混凝土終凝以后會(huì)發(fā)生體積變化，即可能收縮也可能膨脹。溫度較高，水泥用量較多，自身體積變形將趨于增大。所以在混凝土配合比的選配上要注意降低水泥用量，使用高效減水劑，降低混凝土的水膠比，添加適量的粉煤灰。這樣可以減少混凝土的收縮，避免收縮產(chǎn)生的裂縫。

2.6 干燥收縮

混凝土中的80%水分要蒸發(fā)，約20%的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分幾乎不引起收縮，隨著混凝土的繼續(xù)干燥而使20%的吸附水逸出，就會(huì)出現(xiàn)干燥收縮。由于表面的干縮受到中心部位混凝土的約束，因而在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。這里要特別注意施工完后要及時(shí)采用覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)，保持混凝土表面濕潤(rùn)，及時(shí)的補(bǔ)充混凝土的水分，防止混凝土的干縮。

2.7 混凝土勻質(zhì)性的影響

混凝土拌和或澆筑時(shí)，由于坍落度不同，或采用的外加劑不同，石子粒徑或品種不同，以及振搗的密實(shí)度不同，都會(huì)影響混凝土的勻質(zhì)性。由于勻質(zhì)性的不同，造成混凝土的彈性模量不均勻，因而在收縮變形過(guò)程中導(dǎo)致應(yīng)力集中，引起裂縫。

這里配合比的優(yōu)化及施工過(guò)程控制尤其重要:

(1)配合比的優(yōu)化選擇。配合比的設(shè)計(jì)要注意以下幾個(gè)性能:①混凝土的工作性能要好，無(wú)泌水、離析現(xiàn)象，同時(shí)要選擇合適的坍落度，一般承臺(tái)墩身等結(jié)構(gòu)物宜選擇140～180mm;②混凝土的和易性要好，粘聚性要好，不泌漿等，并要注意選擇混凝土合適的砂率這樣可以保證混凝土的均勻性;③凝結(jié)時(shí)間要合適，根據(jù)施工的需要混凝土的夏季施工不宜過(guò)短，一般選擇大于300min較合適，這樣可以避免施工中混凝土分層中，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成上層混凝土初凝后，下層混凝土不易和上一層混凝土不融合的不均勻性。

(2)施工過(guò)程控制:嚴(yán)禁過(guò)搗或欠搗。過(guò)搗會(huì)造成混凝土離析分層;欠搗也能讓混凝土不密實(shí)和不均勻。一般以混凝土表面出現(xiàn)浮漿，不出現(xiàn)明顯氣泡為止。并在下一層的搗固中搗固棒要插入上一層混凝土，保證上下層混凝土的勻質(zhì)性。

3 結(jié)束語(yǔ)

高性能混凝土的夏季施工雖然問(wèn)題較多，但只要仔細(xì)分析產(chǎn)生問(wèn)題的原因，針對(duì)不同的問(wèn)題，提出相應(yīng)的處理措施，高性能混凝土夏季施工易產(chǎn)生的裂縫是可以得到有效控制的。